專利名稱：土工離心模型飽和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對土工離心試驗用的模型進(jìn)行飽和的裝置。
背景技術(shù)：
在許多工程科學(xué)中，常常需要用小比尺的物理模型去揭示和分析現(xiàn)象的本質(zhì)和機(jī)理，以驗證和解決工程實際問題。例如，在巖土工程中，土的自重應(yīng)力通常占支配地位，土的力學(xué)特性和水力特性隨應(yīng)力水平而變化。利用小比尺離心模型的試驗，可以采用與原型相同的材料，在離心試驗機(jī)形成的高加速度場中達(dá)到與原型相同的應(yīng)力水平，從而使模型與原型的應(yīng)力應(yīng)變相等，變形相似，破壞機(jī)理相同，能夠再現(xiàn)原型特性，為理論和數(shù)值等分析方法提供真實可靠的參數(shù)依據(jù)。
在利用土工離心機(jī)研究關(guān)于沙土液化或者水利大壩侵潤線之下的壩體等在地震情況下的巖土變化情況時，需要利用粘滯性液體的較高的動力粘滯性系數(shù)來模擬原型中水的受力傳導(dǎo)情況，因此就需要對用于土工離心試驗的測試模型使用粘滯性液體進(jìn)行飽和。但是目前關(guān)于用于土工離心試驗的測試模型的相關(guān)處理的裝置的設(shè)計并不多，特別是當(dāng)需要對用于土工離心試驗的測試模型進(jìn)行飽和時，現(xiàn)有的方法主要是靠噴淋的方式在土工離心模型上噴淋液體，靠液體滲透來使得土工離心模型達(dá)到飽和，但是這種由外而內(nèi)的飽和方法對于土工離心模型的飽和度不能很好的控制，往往在花費大量時間后，土工離心模型內(nèi)部仍然達(dá)不到所要求的飽和度。中國專利CN202033229U提出了一種土工離心模型試驗真空飽和裝置，但其依然采用的是從模型外部向內(nèi)的滲透飽和方法，而且，由于土工離心模型的飽和過程往往長達(dá)數(shù)小時甚至數(shù)天，對于在使用粘性液體對模型進(jìn)行飽和時，如何控制粘性液體在飽和過程中保持穩(wěn)定的混合均勻度，該專利也沒有給出解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種土工離心模型飽和裝置，該設(shè)備可減少或避免前面所提到的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種土工離心模型飽和裝置，其包括一個飽和箱，用于在土工離心模型飽和過程中密封測試模型，從而在所述測試模型周圍形成真空，至少一個溶液柜，用于存儲用來使土工離心模型飽和的溶液，至少一個真空泵，用于對所述飽和箱以及所述溶液柜形成真空，至少一個置于所述飽和箱內(nèi)的模型箱，用于承載所述測試模型，并向所述測試模型輸送所述溶液，所述飽和箱包括一個箱體以及一個密封蓋，所述箱體設(shè)置有抽氣管以及至少一個供液管，所述抽氣管與所述真空泵相連，所述模型箱設(shè)置在所述飽和箱內(nèi)，所述密封蓋設(shè)置有透明的觀察窗口 ；所述模型箱底部設(shè)置有用于輸送液體的滲水管，所述滲水管的管壁上設(shè)有多個孔洞，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型，所述輸水管高度大于所述測試模型高度；所述溶液柜包括柜體和上蓋,所述柜體底部設(shè)置有排水管，所述柜體上部設(shè)置有排氣管，所述排氣管與所述真空泵連接，所述排水管通過所述飽和箱的所述供液管與所述模型箱的所述輸水管連接；所述溶液柜的所述上蓋設(shè)置有攪拌電機(jī)以及與所述攪拌電機(jī)相連的攪拌器，所述攪拌器的長度小于所述柜體的高度。優(yōu)選地，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個控制柜，所述控制柜分別與所述真空泵以及所述攪拌電機(jī)連接。優(yōu)選地，所述溶液柜的所述柜體外側(cè)設(shè)置有一個溶液高度觀測裝置。優(yōu)選地，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個溶液補(bǔ)給罐，所述溶液補(bǔ)給罐包括一個溶液出口，所述溶液柜進(jìn)一步包括一個補(bǔ)液口，所述溶液出口與所述補(bǔ)液口連接。優(yōu)選地，所述溶液柜的補(bǔ)液口、排水管、排氣管以及所述飽和箱的所述供液管均設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥均與所述控制柜連接。優(yōu)選地，所述攪拌器為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進(jìn)式螺旋槳葉，所述攪拌器的轉(zhuǎn)軸與所述上蓋不垂直。優(yōu)選地，所述攪拌器為渦輪式攪拌器。本發(fā)明所提供的土工離心模型飽和裝置，通過將用來使土工離心模型飽和的溶液與測試模型均置于一定的真空度環(huán)境，利用溶液自身的重力或者真空壓差，通過所述測試模型下的滲水管完成飽和過程，這樣可以通過由內(nèi)至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度。在飽和過程中，通過攪拌器對溶液進(jìn)行攪拌，這樣能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組于溶液中的空氣排出，提升溶液的品質(zhì)。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖I為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的土工離心模型飽和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的溶液柜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的飽和箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實施方式
。其中，相同的部件采用相同的標(biāo)號。
下面參照附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的一種土工離心模型飽和裝置的結(jié)構(gòu)及其原理。圖I為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的土工離心模型飽和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的溶液柜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的飽和箱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I所示的土工離心模型飽和裝置的模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖。參加圖1-4所示，本發(fā)明所提供的土工離心模型飽和裝置，其包括一個飽和箱1，其用于土工離心模型飽和過程中密封測試模型5，從而在所述測試模型5周圍形成真空，至少一個溶液柜2，用于存儲用來使土工離心模型飽和的溶液，至少一個真空泵3，用于對所述飽和箱I以及所述溶液柜2形成真空，至少一個置于所述飽和箱I內(nèi)的模型箱4，用于承載所述測試模型5，并向所述測試模型5輸送所述溶液，
所述飽和箱I包括一個箱體11以及一個密封蓋12，所述箱體11設(shè)置有抽氣管111以及至少一個供液管112，所述抽氣管111與所述真空泵3相連，所述模型箱4設(shè)置在所述飽和箱I內(nèi)，所述密封蓋12設(shè)置有透明的觀察窗口 121，所述模型箱4底部設(shè)置有用于輸送液體滲水管41，所述滲水管41的管壁上設(shè)有多個孔洞，所述滲水管41的一端連接有一根豎直放置的輸水管42，所述模型箱4內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有一個覆蓋在所述滲水管41上的所述測試模型5，所述輸水管42高度大于所述測試模型5高度。所述溶液柜2包括柜體21和上蓋22,所述柜體21底部設(shè)置有排水管211,所述柜體21上部設(shè)置有排氣管212，所述排氣管212與所述真空泵3連接，所述排水管211通過所述飽和箱I的所述供液管122與所述模型箱4的所述輸水管42連接。所述溶液柜2的所述上蓋22設(shè)置有攪拌電機(jī)221以及與所述攪拌電機(jī)221相連的攪拌器222，所述攪拌器222的長度小于所述柜體21的高度。當(dāng)需要對所述測試模型5進(jìn)行飽和時，可以先根據(jù)所述測試模型5形狀、大小將所述滲水管41在所述模型箱4底部擺放為曲線形狀，比如螺旋形、水平蛇形，或者擺放為有高低起伏的蛇形，這樣能夠增加所述滲水管41與所述測試模型5的接觸面積，保障溶液供給量；然后可以在所述滲水管41上面覆蓋設(shè)置所述測試模型5，與所述滲水管41的一端連接的豎直放置的輸水管42高于所述測試模型5的高度，這樣不在接入水源時，不會影響已經(jīng)放置好的所述測試模型5，所述輸水管42低于所述模型箱4的高度，這樣不會影響對所述模型箱4的密封。所述滲水管41可以是圓管，所述滲水管41管壁上的所述孔洞設(shè)置可以是軸向間隔1cm，徑向間隔120度均勻分布，也可以是軸向間隔I. 5cm，徑向間隔60度均勻分布，所述孔洞直徑為0. 2-3mm。這樣能夠保障所述滲水管41在所述測試模型5內(nèi)部均勻的滲出溶液，從而保障所述測試模型5的有效飽和度。在所述模型箱4內(nèi)設(shè)置好所述測試模型5后，可以將所述模型箱4放置如所述箱體11內(nèi)，使用軟管連接所述輸水管42與所述供液管112。然后使用所述密封蓋12蓋上所述箱體11，將所述抽氣管111與所述真空泵3相連。所述密封蓋12可以使用有機(jī)玻璃設(shè)置透明的觀察窗口 121，這樣能夠隨時觀測到所述測試模型5的飽和程度。將所述溶液柜2放置在高于所述飽和箱I的位置，使用管道將所述供液管112與所述排水管211連接，同時，將所述排氣管212與所述真空泵3連接。當(dāng)需要使用粘性溶液對土工離心模型進(jìn)行飽和時，粘性溶液可以使用甲基纖維素來調(diào)配，根據(jù)試驗的需要調(diào)配具有一定粘稠度的甲基纖維素溶液，當(dāng)溶液調(diào)配好之后，裝入所述溶液柜2的所述柜體21，蓋上所述上蓋22將所述溶液柜2密封好，所述上蓋22設(shè)置有攪拌電機(jī)221以及與所述攪拌電機(jī)221相連的攪拌器222，所述攪拌器222的長度小于所述柜體21的高度，這樣在蓋上所述上蓋22后，所述攪拌器222就能夠浸入溶液中。在連接好所述飽和箱I、所述溶液柜2以及所述真空泵3之后，開啟所述真空泵3，即可在所述飽和箱I以及所述溶液柜2內(nèi)形成真空，由于所述溶液柜2的位置高于所述飽和箱I的位置，當(dāng)所述飽和箱I和所述溶液柜2內(nèi)的真空度相同時，溶液就可以在自身重力作用下通過管道流入所述輸水管42，并通過所述滲水管41上的孔洞從所述測試模型5的內(nèi)部克服所述測試模型5的滲透力向所述測試模型5外部滲透飽和。當(dāng)然，也可以調(diào)節(jié)所述飽和箱I和所述溶液柜2內(nèi)的真空度，使得所述溶液柜2與所述飽和箱I形成壓差，來調(diào)整溶液對所述測試模型5的飽和速率。在飽和過程中，通過所述攪拌電機(jī)221使所述攪拌器222在溶液中進(jìn)行攪拌，這樣 就能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組于溶液中的空氣排出，提升溶液的質(zhì)量。所述測試模型5飽和完成后，就可以恢復(fù)所述飽和箱I和所述溶液柜2的大氣壓力，打開所述密封蓋12，將所述模型箱4從所述飽和箱I取出后放入土工離心機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步試驗。在一個優(yōu)選實施例中，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個控制柜6，所述控制柜6分別與所述真空泵3以及所述攪拌電機(jī)221連接。這樣可以通過所述控制柜集中控制所述真空泵3以及所述攪拌電機(jī)221。在一個優(yōu)選實施例中，所述溶液柜2的所述柜體21外側(cè)設(shè)置有一個溶液高度觀測裝置213。所述溶液高度觀測裝置213可以是一個兩端分別與所述柜體21上下兩端相連通的封閉中空有機(jī)玻璃管，這樣就能夠隨時從所述溶液高度觀測裝置213觀測到所述溶液柜2內(nèi)的溶液的容量情況。在一個優(yōu)選實施例中，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個溶液補(bǔ)給罐7，所述溶液補(bǔ)給罐7包括一個溶液出口，所述溶液柜2進(jìn)一步包括一個補(bǔ)液口 23，所述溶液出口與所述補(bǔ)液口 23連接。當(dāng)所述測試模型5所需要的溶液比較多時，可以在所述溶液補(bǔ)給罐7內(nèi)放置溶液，在飽和過程中，隨時方便的為所述溶液柜2補(bǔ)充溶液。在一個優(yōu)選實施例中，所述溶液柜2的補(bǔ)液口 23、排水管211、排氣管212以及所述飽和箱I的所述供液管112均設(shè)置有電磁閥8，所述電磁閥8均與所述控制柜6連接。這樣就可以隨時通過所述控制柜6集中調(diào)整所述飽和箱I以及所述溶液柜2的真空度、所述溶液柜2的溶液補(bǔ)充程度以及所述溶液進(jìn)入所述飽和箱I的流速。在一個優(yōu)選實施例中，所述攪拌器222為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進(jìn)式螺旋槳葉，所述攪拌器222的轉(zhuǎn)軸與所述上蓋22不垂直。這樣所述攪拌器222的轉(zhuǎn)軸就是斜向插入溶液，在對溶液進(jìn)行攪拌時，就能夠使液流的循環(huán)回路不對稱，可增加湍動，使溶液混合更充分。在一個優(yōu)選實施例中，所述攪拌器222為渦輪式攪拌器。這樣能夠在旋轉(zhuǎn)時造成高度湍動的徑向流動，使溶液混合更充分。本發(fā)明所提供的土工離心模型飽和裝置，通過將溶液與測試模型均置于一定的真空度環(huán)境，利用溶液自身的重力或者真空壓差，通過所述測試模型下的滲水管完成飽和過程，這樣可以通過由內(nèi)至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度。在飽和過程中，通過攪拌器對溶液進(jìn)行攪拌，這樣能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組于溶液中的空氣排出，提升溶液的質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，雖然本發(fā)明是按照多個實施例的方式進(jìn)行描述的，但是并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體加以理解，并將各實施例中所涉及的技術(shù)方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種土工離心模型飽和裝置，其包括， 一個飽和箱，用于在土工離心模型飽和過程中密封測試模型，從而在所述測試模型周圍形成真空； 至少一個溶液柜，用于存儲用來使土工離心模型飽和的溶液； 至少一個真空泵，用于對所述飽和箱以及所述溶液柜形成真空； 至少一個置于所述飽和箱內(nèi)的模型箱，用于承載所述測試模型，并向所述測試模型輸送所述溶液； 所述飽和箱包括一個箱體以及一個密封蓋，所述箱體設(shè)置有抽氣管以及至少一個供液管，所述抽氣管與所述真空泵相連； 其特征在于， 所述模型箱設(shè)置在所述飽和箱內(nèi)，所述密封蓋設(shè)置有透明的觀察窗口 ；所述模型箱底部設(shè)置有用于輸送液體的滲水管，所述滲水管的管壁上設(shè)有多個孔洞，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型，所述輸水管高度大于所述測試模型高度； 所述溶液柜包括柜體和上蓋，所述柜體底部設(shè)置有排水管，所述柜體上部設(shè)置有排氣管，所述排氣管與所述真空泵連接，所述排水管通過所述飽和箱的所述供液管與所述模型箱的所述輸水管連接； 所述溶液柜的所述上蓋設(shè)置有攪拌電機(jī)以及與所述攪拌電機(jī)相連的攪拌器，所述攪拌器的長度小于所述柜體的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個控制柜，所述控制柜分別與所述真空泵以及所述攪拌電機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述溶液柜的所述柜體外側(cè)設(shè)置有一個溶液高度觀測裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述土工離心模型飽和裝置進(jìn)一步包括一個溶液補(bǔ)給罐，所述溶液補(bǔ)給罐包括一個溶液出口，所述溶液柜進(jìn)一步包括一個補(bǔ)液口，所述溶液出口與所述補(bǔ)液口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述溶液柜的補(bǔ)液口、排水管、排氣管以及所述飽和箱的所述供液管均設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥均與所述控制柜連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述攪拌器為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進(jìn)式螺旋槳葉，所述攪拌器的轉(zhuǎn)軸與所述上蓋不垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土工離心模型飽和裝置，其特征在于，所述攪拌器為渦輪式攪拌器。
全文摘要
一種土工離心模型飽和裝置，其包括一個飽和箱，至少一個真空泵，至少一個置于所述飽和箱內(nèi)的模型箱，所述飽和箱包括一個箱體以及一個密封蓋，所述模型箱底部設(shè)置有用于輸送液體的滲水管，所述滲水管管壁設(shè)有多個孔洞，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型；所述溶液柜包括柜體和上蓋，所述上蓋設(shè)置有攪拌電機(jī)以及與所述攪拌電機(jī)相連的攪拌器。本發(fā)明所提供的土工離心模型飽和裝置，通過由內(nèi)至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度，能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，提升溶液的質(zhì)量。
文檔編號G01N1/38GK102706711SQ20121019483
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者侯瑜京, 張雪東, 溫彥鋒 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院